Особенности физико-механических свойств резины как конструкционного материала (часть 4)

Практически все конструкционные материалы обладают «упругими несовершенствами» и при деформациях образуют петли гистерезиса. По способности поглощать энергию на внутреннее трение резина заметно отличается от других конструкционных материалов. Так, коэффициент поглощения энергии для резин различных марок составляет 0,05-1-0,25 и более, в то время как, например, для стали он обычно не превышает 0,01 – 0,02. Это свойство резины широко используется при устройстве различных амортизаторов и упругих связей, стабилизирующих резонансные колебания. Однако большое внутреннее трение зачастую оказывает и отрицательное влияние, так как приводит к интенсивному нагреву резиновых деталей и быстрому их разрушению.

Гистерезисные петли могут быть открытыми и закрытыми. Открытая петля, аналогичная показанной на рис. 3, а, получается при значительных медленно протекающих деформациях и обусловливается высокоэластическим характером деформации резины.

Закрытая петля имеет место при многократных деформациях и получила название упругого гистерезиса. Форма и симметричность расположения петли гистерезиса относительно координатных осей будет зависеть, очевидно, от закона изменения деформирующей силы в течение рассматриваемого цикла. При этом, поскольку высокоэластическая деформация резины зависит от времени действия внешней силы, то, естественно, варьируя скоростью деформации, можно в широких пределах изменять площадь гистерезисной петли. Это, в свою очередь, дает основания предполагать зависимость внутреннего трения в резине как от амплитуды, так и от скорости деформации.

Релаксационный характер деформации резины проявляется также и в том, что график зависимости силы от деформации для первого цикла нагружения отличается от графиков для последующих циклов. При повторных циклах нагружения площадь петли гистерезиса постепенно уменьшается, достигая после некоторого числа циклов относительно постоянного значения.

Учет энергии, рассеиваемой на внутреннее трение, необходимо производить далеко не во всех случаях применения резины в качестве конструкционного материала. Если резиновые детали при работе машины испытывают эпизодические нагрузки, то связанные с ними расходы энергии, как правило, не играют сколько-нибудь заметной роли в общем энергетическом балансе машины. В тех же случаях, когда деформация резиновых деталей носит многократно повторяющийся циклический характер, расходуемая на внутреннее трение в течение каждого цикла энергия суммируется и в итоге может составить ощутимую статью расхода энергии машиной. Если же при этом частота циклов деформации велика, то накапливаемое вследствие внутреннего трения тепло может привести к недопустимому нагреву резиновой детали и быстрому выходу ее из строя.